智能電子密碼鎖設(shè)計(jì)

1、天 津 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院?？飘厴I(yè)論文題目：智能電子密碼鎖設(shè)計(jì) 完成期限：2016年1月8日 至 2016年4月20日學(xué)習(xí)中心：嘉興專業(yè)名稱：電氣自動化技術(shù)學(xué)生姓名：姚建林學(xué)生學(xué)號：指導(dǎo)教師：劉伯穎智能電子密碼鎖設(shè)計(jì) 1 引言隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強(qiáng)，對安全的要求也就越來越高。鎖自古以來就是把守護(hù)門的鐵將軍，人們對它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開始了，在一些特殊場所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過鍵盤輸入一組密碼

2、完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機(jī)械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，因而被越來越多的人所欣賞。電子鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC卡鎖，生物鎖等，但較實(shí)用的還是按鍵式電子密碼鎖。20世紀(jì)80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對它的研究一直沒有明顯進(jìn)展。目前，在西方發(fā)達(dá)國家，密碼鎖技術(shù)相對先進(jìn)，種類齊

3、全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中，通過多種更加安全、可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門的管理。在我國密碼鎖整體水平尚處于國際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進(jìn)國際先進(jìn)水平，現(xiàn)國內(nèi)有幾個(gè)廠生產(chǎn)供應(yīng)市場。但國內(nèi)自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還不廣泛。國內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù)，發(fā)展前景非?？捎^。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國也能得到廣泛應(yīng)用。2 系統(tǒng)方案論證2.1 主控部分的選擇方案一：采用數(shù)字電路控制用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，將密碼保存在JK觸發(fā)器中，與輸入密碼

4、通過比較器比較，判斷結(jié)果是否相符合。采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的方案好處就是設(shè)計(jì)簡單，但控制的準(zhǔn)確性和靈活性差，故不采用。方案二：采用以單片機(jī)為核心的控制方案選用單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。單片機(jī)具有資源豐富、速度快、編程容易等優(yōu)點(diǎn)。利用單片機(jī)內(nèi)部的隨機(jī)存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）及其引腳資源，外接數(shù)碼管顯示（LED），鍵盤輸入等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理傳輸和顯示功能，基本上能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)，因此綜合考慮，本系統(tǒng)采用方案二。2.2 密碼輸入方式的選擇方案一：指紋輸入識別指紋識別技術(shù)主要涉及四個(gè)功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后要對原

5、始圖像進(jìn)行初步的處理，使之更清晰再通過指紋辨識軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點(diǎn)”（minutiae）的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)同時(shí)具有七種以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以這種方法會產(chǎn)生大約490個(gè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，通常稱為模板。通過計(jì)算機(jī)模糊比較的方法，把兩個(gè)指紋的模板進(jìn)行比較，計(jì)算出它們的相似程度，最終得到兩個(gè)指紋的匹配結(jié)果，從而判斷輸入結(jié)果的正確與否?？紤]到本方案軟硬件太過復(fù)雜，而且成本也高，故不采用。方案二：矩陣鍵盤輸入識別由各按鍵組成的矩陣鍵盤每條行線和列線都對應(yīng)一條I/O口線，鍵位設(shè)在行線和列線的交叉點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)鍵按

6、下就會有某一條行線與某一條列線接觸，只要確定接觸的是哪兩條線，即哪兩個(gè)I/O口線，就可以確定哪一個(gè)鍵被觸動。行線設(shè)計(jì)成上拉口線，初始時(shí)被置高電位，列線懸空，初始置低。通過不斷讀行線口線，或者中斷方式觸發(fā)鍵位掃描。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下，將列線逐一置低，其他列線置高，讀行線口線。當(dāng)某條列線置低時(shí)，某條行線也被拉低，則確定這兩條線的交點(diǎn)處的按鈕被按下。每個(gè)按鍵都可通過程序賦予功能，從而完成密碼識別。本方案簡單易行，故采用。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和主要芯片介紹3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤、數(shù)碼管顯示以及開鎖報(bào)警等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)，由用戶通過連接單片機(jī)的

7、矩陣鍵盤輸入所設(shè)定的密碼，驅(qū)動芯片驅(qū)動數(shù)碼管顯示輸入的數(shù)字，后經(jīng)過單片機(jī)對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報(bào)警電路控制開鎖（黃燈亮）還是報(bào)警（紅燈亮）。系統(tǒng)整體框圖如圖3-1AT89S52晶振電路鍵盤輸入模塊復(fù)位電路密碼存儲模塊驅(qū)動模塊開鎖報(bào)警模塊顯示模塊所示。圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖各模塊具體功能如下：1鍵盤輸入模塊：分為密碼輸入的數(shù)字按鍵與幾個(gè)功能按鍵，用于完成密碼的輸入功能。2復(fù)位電路：完成系統(tǒng)的復(fù)位。3密碼存儲模塊：用于完成掉電存儲功能，使密碼斷電后仍能保存。4驅(qū)動電路：用于驅(qū)動數(shù)碼管對鍵盤所輸入的數(shù)字進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。5顯

8、示模塊：用于完成對系統(tǒng)狀態(tài)的顯示及操作提示功能。6報(bào)警電路：應(yīng)用發(fā)光二極管模擬報(bào)警，用于完成密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)候的指示。7開鎖電路：應(yīng)用發(fā)光二極管模擬開鎖，完成開鎖及開鎖提示。3.2 主要芯片介紹 主控芯片AT89S52AT89S52單片機(jī)是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KBytesISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可

9、為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52的管腳分布如圖3-2。 圖3-2 AT89S52芯片管腳其各引腳功能如下：（29引腳）：程

10、序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。/VPP（31引腳）：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1（19引腳

11、）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。ALE/PROG（30引腳）：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。RST（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，使得單片機(jī)復(fù)位。P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的

12、管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）下載線P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）下載線P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）下載線P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2

13、口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口作為AT89S52的一些特殊功能管腳備選功能：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 （外部中斷0）P3.3 （外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸

14、入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）AT89S52主要特性如表1所示。表1 AT89S52主要特性兼容MCS-51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫(>1000次）ISP Flash ROM32個(gè)雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-33MHz全雙工UART串行中斷口線256x8bit內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級加密位看門狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針 存儲芯片AT24C1024AT24C1024是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E

15、78;PROM，內(nèi)含256×8位存儲空間，具有工作電壓寬(2.55.5V)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于10ms)、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。而且他是采用了I²C總線式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和I/O線，并且支持在線編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的存取十分方便。AT24C1024中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實(shí)現(xiàn)對下一個(gè)存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。I²C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過SDA(

16、串行數(shù)據(jù)線)及SCL(串行時(shí)鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個(gè)器件。AT24C1024正是運(yùn)用了I²C規(guī)程，使用主/從機(jī)雙向通信，主機(jī)(通常為單片機(jī))和從機(jī)(AT24C1024)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機(jī)產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(通過SCL引腳)并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。無論是主機(jī)還是從機(jī)，接收到一個(gè)字節(jié)后必須發(fā)出一個(gè)確認(rèn)信號ACK（確認(rèn)應(yīng)答）。AT24C1024的控制字由8位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，在開始信號發(fā)出以后，主機(jī)便會發(fā)出控制字，以選擇從機(jī)并控制總線傳送的方向。具體管腳描述如下：SCL為串行時(shí)鐘(Serial Clock I

17、nput)：串行時(shí)鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘這是一個(gè)輸入管腳。串行時(shí)鐘上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)輸入芯片(寫入)；串行時(shí)鐘下降沿時(shí)，數(shù)據(jù)從芯片輸出(讀出)。SDA為串行數(shù)據(jù)/地址(Serial DAta)：雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收SDL，該端為漏極開路驅(qū)動，可與任意數(shù)量的其他漏極開路或集電極開路器件“線或”。A1為器件/頁面地址輸入端(DevicPage Addresses)：當(dāng)使用24C1024時(shí)最大可級聯(lián)8個(gè)器件，如果只有一個(gè)24C1024被總線尋址，地址輸入腳A1可懸空或連接到Vss。WP為寫保護(hù)：如果WP管腳連接到Vcc所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)只能讀當(dāng)WP

18、，管腳連接到Vss或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。管腳圖如圖3-3所示。圖3-3 AT24C1024芯片管腳 驅(qū)動芯片74LS13874LS138用于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時(shí)間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在高性能存貯器系統(tǒng)中，用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng)的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時(shí)，譯碼器的延遲時(shí)間和存貯器的賦能時(shí)間通常小于存貯器的典型存取時(shí)間，這就是說由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可以忽略不計(jì)。74LS138基本功能：74LS138為3線8線譯碼器，共有54/74S138和54/74LS138兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其工作原理如下：當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選

19、通端（/(E2)和/(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。74LS138的作用：利用E1、/(E2)和/(E3)可級聯(lián)擴(kuò)展成24線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器以及與非門組成的3線-8線譯碼器74LS138等。其引腳功能如下：A、B、C譯碼地址輸入端E1選通端/(E2)和/(E3)選通端（低電平有效）Y0Y7譯碼輸出端（低電平有效）其功能表如表2所示。表2 3線-8線譯碼器74LS138的功能表74LS138的八個(gè)輸出管腳，任何時(shí)刻要么全為高電平1芯片處于

20、不工作狀態(tài)，要么只有一個(gè)為低電平0，其余7個(gè)輸出管腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個(gè)輸出管腳在同一個(gè)時(shí)間為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。74LS138有三個(gè)附加的控制端，當(dāng)輸出為高電平（S1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平，如功能表所示。這三個(gè)控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來以擴(kuò)展譯碼器的功能。帶控制輸入端的譯碼器又是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)分配器。在電路中如果把作為“數(shù)據(jù)”輸入端（同時(shí)），而將作為“地址”輸入端，那么從送來的數(shù)據(jù)只能通過所指定的一根輸出線送出去。圖3-4是74LS138譯碼器芯片引腳圖，圖中小圓圈表示低電平有效。圖3-4 74

21、LS138芯片管腳4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)外圍電路包括鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、驅(qū)動部分，開鎖以及報(bào)警等部分組成。根據(jù)實(shí)際情況鍵盤輸入部分選擇4×4矩陣鍵盤，顯示部分選擇字符型8位七段數(shù)碼管顯示，密碼存儲部分選用芯片AT24C1024，驅(qū)動部分選用74LS138芯片來完成，報(bào)警及開鎖部分由LED燈模擬來控制。4.1 鍵盤輸入模塊由于本設(shè)計(jì)所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨(dú)立按鍵式鍵盤。采用的是矩陣式按鍵鍵盤，它由行和列組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成，與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比，能減少鍵盤與單片機(jī)連接時(shí)所占用的I/O線的數(shù)

22、目。本設(shè)計(jì)中使用的這個(gè)4×4鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用。其行線和單片機(jī)P1.0P1.3相連，列線與單片機(jī)P1.4P1.7相連，共有16個(gè)按鍵。本設(shè)計(jì)用到了其中的12個(gè)，如圖4-1所示，包括09十個(gè)數(shù)字鍵，確認(rèn)和清除兩個(gè)控制鍵（作為密碼輸入時(shí)的確定和清除鍵），本設(shè)計(jì)中的鍵盤掃描采用行掃描法，即依次置行線中的每一行為低電平，其余均為高電平，掃描列線電平狀態(tài)，為低電平即表示該鍵按下。圖4-1 鍵盤輸入模塊具體的按鍵功能設(shè)置如下按鍵鍵名功能說明0-9鍵數(shù)字鍵輸入密碼清除鍵功能鍵清除數(shù)字確認(rèn)鍵功能鍵確認(rèn)密碼的輸入+ 鍵功能鍵使顯示器清零4.2 密碼存儲模塊密碼存儲采用AT24

23、C1024傳輸方式I2C總線式，占用的單片機(jī)端口少，它能掉電存儲數(shù)據(jù)。掉電存儲單元的作用是在系統(tǒng)電源斷開的時(shí)候，存儲當(dāng)前設(shè)定的密碼數(shù)據(jù)。密碼讀寫存儲模塊當(dāng)比較密碼的時(shí)候，需要將存儲在AT24C1024的數(shù)據(jù)讀到RAM中，然后和輸入的密碼相比較。圖4-2所示AT24C1024的2腳是地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89S52試驗(yàn)開發(fā)板上接地，第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I²C總線串行傳送，在AT89S52試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P2.6連接。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線，在AT89S52試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P2.5連接。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)

24、5.1K的電阻上拉。第7腳接地。AT24C1024中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實(shí)現(xiàn)對下一個(gè)存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。圖4-2 密碼存儲電路4.3 復(fù)位和晶振模塊單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。該電路在最簡單的復(fù)位電路下增加了手動復(fù)位按鍵，在接通電源瞬間，電容C1上的電壓很小，復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即RST為高電平，在電容充電的過程中RST端電壓逐漸下降，當(dāng)RST端的電壓小于某一數(shù)值后，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)，由

25、于電容C1足夠大，可以保證RST高電平有效時(shí)間大于24個(gè)振蕩周期，CPU能夠可靠復(fù)位。增加手動復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C3通過R10放電。R10的作用在于限制按鍵按下瞬間電容C3的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鍵觸電。AT89S52引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C1、C2按圖4-3所示方式連接。晶振、電容C1/C2及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容C1、C2的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在033MHz之間，電容C1、C2取值范圍在530pF之間。根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)中采用12MHZ作為

26、系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為10pF。復(fù)位和晶振電路圖如圖4-3所示。圖4-3 復(fù)位和晶振電路4.4 顯示模塊顯示部分由一組八個(gè)LED數(shù)碼管來完成。當(dāng)單片機(jī)上電后，從左到右第八位數(shù)碼管會閃亮，說明顯示屏已經(jīng)接通電源正等待密碼的輸入。開鎖時(shí)，利用鍵盤上的數(shù)字鍵09輸入密碼，每按下一個(gè)數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個(gè)數(shù)字，輸入多少位就顯示多少個(gè)數(shù)字。當(dāng)密碼輸入完成時(shí)，按下確認(rèn)鍵，如果輸入的密碼正確的話，LED顯示屏第八位數(shù)碼管閃亮且不再顯示以后輸入的數(shù)字，單片機(jī)其中P2.0引腳會輸出高電平，電子密碼鎖被打開（黃燈亮）；若輸入密碼錯(cuò)誤，顯示屏無任何顯示，單片機(jī)其中P2.1引腳會輸出高電平，電子密碼鎖不能打開

27、且報(bào)警（紅燈亮），錯(cuò)誤確認(rèn)密碼不能超過三次，超過三次，顯示屏將不再顯示輸入的任何數(shù)字，鍵盤自動鎖定。通過LED顯示屏，可以清楚地判斷出密碼鎖所處的狀態(tài)。顯示電路如圖4-4所示。圖4-4 顯示電路4.5 開鎖和報(bào)警模塊開鎖和報(bào)警部分各由一個(gè)LED燈來完成，當(dāng)單片機(jī)上電后可自動識別密碼。若輸入密碼與設(shè)定的密碼相同時(shí)，即可開鎖（黃燈亮）；當(dāng)輸入密碼與設(shè)定的密碼不相同時(shí)，即可報(bào)警（紅燈亮）；該密碼鎖有三次輸入密碼的機(jī)會：若一次就確認(rèn)密碼輸入正確，則開鎖（黃燈亮）且顯示器不再顯示以后任何輸入的數(shù)字；若三次都確認(rèn)輸入錯(cuò)誤密碼，則報(bào)警（紅燈亮）三次且顯示器不再顯示任何輸入的數(shù)字，即鍵盤自動鎖定。單片機(jī)斷電后

28、即可清除原有記錄，上電后可再次輸入密碼進(jìn)行有關(guān)操作。開鎖和報(bào)警部分電路如圖4-5所示。圖4-5 開鎖和報(bào)警電路5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與硬件電路相關(guān)聯(lián)，本電子密碼鎖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)模塊：主程序模塊，鍵盤掃描模塊，密碼讀寫存儲模塊，LED顯示模塊，報(bào)警模塊等等。軟件設(shè)計(jì)思路：電子密碼鎖工作的主要過程是LED數(shù)碼管提示開始輸入密碼，通過鍵盤輸入密碼，同時(shí)LED顯示密碼輸入情況，按下確認(rèn)鍵后判斷密碼的正確性，作出開鎖或報(bào)警處理。當(dāng)輸入密碼連續(xù)輸入錯(cuò)誤3次時(shí)，鎖定鍵盤10s。A. 主程序模塊在主程序模塊中要完成系統(tǒng)初始化，檢測按鍵，調(diào)用存儲模塊以及調(diào)用顯示模塊等功能。B. 鍵盤掃描子程序

29、模塊該模塊在主程序中調(diào)用，具備判斷鍵盤上有無鍵按下、逐列掃描鍵盤以確定被按鍵的位置即行列號、形成鍵值并將鍵值存入指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)等功能。鍵盤掃描子程序中采用行掃描法，掃描方式為查詢方式，當(dāng)鍵盤無鍵按下時(shí)，程序一直在該模塊中循環(huán)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，程序立即計(jì)算鍵值并在LED顯示相應(yīng)的值。C. 密碼讀寫存儲模塊當(dāng)比較密碼的時(shí)候，需要將存儲在AT24C1024芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)讀到RAM中，然后和輸入的密碼相比較。D. 顯示子程序模塊實(shí)現(xiàn)顯示子程序的關(guān)鍵是編寫LED的串口驅(qū)動程序。在想要顯示數(shù)值的時(shí)候，只要在程序中寫好要顯示的數(shù)字，然后直接調(diào)用LED的串口驅(qū)動程序就可以實(shí)現(xiàn)在數(shù)碼管上顯示的數(shù)字。有多位需要同時(shí)

30、顯示時(shí)，可以采用動態(tài)刷新的方法，就可以得到穩(wěn)定的輸出。5.1 系統(tǒng)總程序流程圖初始化開始調(diào)用顯示全部輸完？比較密碼？開門YNNY密碼輸入識別按鍵確定輸入輸入密碼結(jié)束返回調(diào)用顯示存入緩沖調(diào)用24c1024手動清除重新輸入NNYY比較密碼主程序主要完成初始化，有無按鍵按下以及調(diào)用顯示等等。主程序的流程圖如圖5-1所示。圖5-1 主程序流程圖5.2 密碼比較及開鎖流程圖開始比較第一位八位比較完比較下一位清零清屏顯示報(bào)警記錄錯(cuò)誤次數(shù)三次鎖定鍵盤返回NNNYYY正確開鎖圖5-2 密碼比較及開鎖流程圖6 軟件調(diào)試及性能分析6.1 軟件介紹 KeilC51簡介隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言

31、到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展。Keil是目前最流行的51單片機(jī)開發(fā)軟件，它提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境uVision，它包括C編譯器，宏匯編，連接器，庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。這樣在開發(fā)應(yīng)用軟件的過程中，編輯、編譯、匯編、連接、調(diào)試等各階段都集成在一個(gè)環(huán)境中，先用編輯其編寫程序，接著調(diào)用編譯器進(jìn)行編譯，連接后即可直接運(yùn)行，可以縮短開發(fā)周期。6.1.2 Proteus介紹Proteus軟件是一塊功能強(qiáng)大的電路設(shè)計(jì)分析軟件。它組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計(jì)以及自動布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它和KeilC51結(jié)合起來就可以實(shí)現(xiàn)軟硬件的聯(lián)調(diào)仿真

32、。ISIS是Proteus系統(tǒng)的中心，它遠(yuǎn)不僅是一個(gè)表庫。Proteus的ISIS是一款Lab-center出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)。元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)，它具有控制原理圖設(shè)計(jì)外觀的超強(qiáng)制作環(huán)境。無論用戶的要求是快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計(jì)的仿真以及PCB設(shè)計(jì)，還是設(shè)計(jì)精美的原理圖以供出版，ISIS是您的最好工具。6.2 軟件調(diào)試通過編寫出系統(tǒng)的主程序、密碼比較判斷程序、顯示程序的測試，結(jié)合外圍電路及輸出驅(qū)動控制等器件來檢測系統(tǒng)是否能夠正常工作。通過Keil uVision2軟件來編譯調(diào)試程序，看程序中是否有死循環(huán)錯(cuò)誤、機(jī)器碼錯(cuò)誤及

33、轉(zhuǎn)移地址錯(cuò)誤，若程序正確并執(zhí)行跟蹤或單步運(yùn)行，確保了程序的正確性后結(jié)合Proteus仿真軟件的使用來判斷程序和原理圖的結(jié)合是否能實(shí)現(xiàn)所要求的功能，即能夠順利的實(shí)現(xiàn)開鎖及報(bào)警的功能。其調(diào)試的結(jié)果如圖6-1所示；仿真結(jié)果如圖6-2及圖6-3所示。圖6-1 Keil uVision2編譯結(jié)果圖6-2 Proteus仿真結(jié)果（1）圖6-3 Proteus仿真結(jié)果（2）6.3 系統(tǒng)功能簡述系統(tǒng)設(shè)定初始密碼為12345678，共8位。系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)內(nèi)各部分都處于初始狀態(tài)，LED上閃爍顯示8。用戶通過鍵盤輸入8位密碼，按下“確認(rèn)”鍵后，系統(tǒng)將輸入密碼與設(shè)定密碼進(jìn)行比較。若密碼正確，則發(fā)出開鎖信號，將鎖打開

34、（黃燈亮）且LED屏上清除所輸入的密碼顯示數(shù)字8；若密碼不正確，則報(bào)警（紅燈亮）。用戶可以重新輸入密碼，重新輸入密碼的次數(shù)不能超過3次，若3次輸入的密碼都不正確，則鍵盤被鎖定并且系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號（紅燈亮），此次開鎖可意為失敗，對單片機(jī)重新上電，可重新進(jìn)行有關(guān)操作。結(jié) 論在著手本次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，通過查閱網(wǎng)絡(luò)與圖書館搜集到的資料，再加上指導(dǎo)老師指點(diǎn)，結(jié)合生活中對密碼鎖的功能特性要求，以單片機(jī)AT89S52芯片為控制核心部件,結(jié)合顯示部分、以及輸出控制這三部分的主要驅(qū)動，通過按鍵及LED燈的亮滅控制密碼輸入的正確與否設(shè)計(jì)出了這一套電子密碼鎖系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，基本完成了課題的要求：密碼正確開

35、鎖，密碼錯(cuò)誤報(bào)警，密碼輸入錯(cuò)誤超過三次鍵盤自動鎖定。其電路結(jié)構(gòu)簡單、易推廣、維護(hù)方便、從各個(gè)方面體現(xiàn)出它具有較高的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1李智輝，周靈彬，白宇龍.基于51單片機(jī)電子密碼鎖與proteus仿真的設(shè)計(jì)J.電腦知識與技術(shù)，2009，5（24）2任艷艷.基于AT89C51單片機(jī)多功能密碼鎖的研究J.重慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008.53楊將新，李華軍，劉到駿等.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用（從基礎(chǔ)到實(shí)踐）J電子工業(yè)出版社，20064王為青，程國鋼.單片機(jī)Keil Cx51應(yīng)用開發(fā)技術(shù)J.人民郵電出版社，2007.25于勇，戴佳，常江.51單片機(jī)C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講M.北京：電子工業(yè)出

36、版社，2007.46楊居義，楊堯，楊曉琴，王益斌.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京：清華大學(xué)出版社，2009.97徐愛均.單片機(jī)原理使用教程基于Proteus虛擬仿真M.電子工業(yè)出版社，20098常敏，王涵，范江波.單片機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)與實(shí)踐M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.39張俊謨.單片機(jī)中級教程原理與應(yīng)用第二版M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.1010柳兆軍,李同山,王善斌.Proteus軟件在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用J.山東理工大學(xué),2007,9(149).11黃智偉,王彥,朱衛(wèi)華.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽訓(xùn)練教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2005.112Richard：“Park.Ele

37、ctronic Password-lock Design”DB/OL. 200613周海鵬.電子密碼鎖設(shè)計(jì)-中國期刊全文數(shù)據(jù)庫EB.ZJWL201005017致 謝在這大學(xué)的最后一頁里，我要感謝的人很多，首先要感謝我的指導(dǎo)老師李娣娜老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，李老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。李老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，深深地感動了我，當(dāng)我遇到難題無從下手時(shí)，李老師總能給予我中肯的意見，我從心底里感謝他。還要感謝的是我們各課任課老師，沒有你們的諄諄教誨，就沒有我們學(xué)有所長的今天。當(dāng)然，還要感謝寢室的姐妹們在我完成論文的過程中

38、給予我的幫助和鼓勵(lì)，也是她們陪我度過這四年的生活。最后要感謝的就是我的父母，謝謝你們對我的支持。所有的都匯聚成一句話：感謝你們都一直陪伴著我！現(xiàn)在即將揮別我的學(xué)校、老師、同學(xué)，還有我四年的大學(xué)生活，雖然依依不舍，但是對未來的路，我充滿了信心。最后，感謝在大學(xué)期間認(rèn)識我和我認(rèn)識的所有人，有你們伴隨，才有我大學(xué)生活的豐富多彩，絢麗多姿！（全文共10999字）附錄一 原器件清單一覽表序號元件名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量1電阻220個(gè)75.1K個(gè)210K個(gè)12發(fā)光二極管紅、黃個(gè)23晶振12MHz個(gè)14電容30pf個(gè)210pf個(gè)15按鈕開關(guān)個(gè)176芯片AT89S52塊1AT24C1024塊174LS138塊1

39、7顯示器8位七段數(shù)碼管塊18萬能實(shí)驗(yàn)板塊1附錄二 總系統(tǒng)原理圖附錄三 硬件實(shí)物圖附錄四 程序清單系統(tǒng)總程序：#include <reg51.h>#include <string.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define KEY P1#define DISP P0#define null1 '0'sbit LED=P20; /密碼正確點(diǎn)亮sbit LED1=P21; /密碼錯(cuò)誤點(diǎn)亮sbit P14=P14;sbit P15=

40、P15;sbit P16=P16;sbit P17=P17;sbit P22=P22;sbit P23=P23;sbit P24=P24;uchar key;uchar shuzi;uchar statet;uchar input_mima9;uchar mima9=0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F;uchar k;uchar kk;uchar tab13=0x00,0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x39,0x5e;void delay(uint i);void delay_ri

41、ght(void);void delay_wrong(void);void init_main(void);void main(void);void get_key(void);void calc_disp(uchar array9,uchar n);void clear_arry(uchar *p,uchar n);void delay(uin i)while(-i);void init_main(void) /初始化子程序DISP=0;LED=0;LED1=0; k=0; clear_arry(input_mima,9);void main(void)uchar lock=0; init_

42、main(); statet=0; while(1) get_key();while(kk=1)kk=0;if(statet=0) if(key!=0x00 && key!=0x39 && key!=0x5e) input_mimak=key; if(k<8) k+; else k=0; if(key=0x5e) if(strcmp(input_mima,mima)=0) statet=1; delay_right(); init_main(); else delay_wrong(); lock+; if(lock<3) statet=0; else statet=2; init_main(); continue; if(statet=1) if(key=0x39) delay_right(); continue; calc_disp(input_mima,8); voiddelay_right(void)uchar m; for(m=5;m>0;m-